[发明专利]利用缓冲网络调整超导纳米线光探测器响应波形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用缓冲网络调整超导纳米线光探测器响应波形的方法。

背景技术

超导纳米线光探测器(SNOD：Superconducting Nanowire OpticalDetector)是一种新颖的光探测方式，可以用于可见光到红外波段实现极限灵敏度的单光子探测。SNOD器件主要采用低温超导超薄薄膜材料，比如NbN、Nb、NbTiN等。典型厚度约为5纳米，器件结构通常为100纳米左右宽度的曲折纳米线结构【US2005051726A1】。

理论上超导纳米线光探测器的响应时间由材料的热弛豫时间决定。比如，对于生长在蓝宝石衬底上的3.5nm厚的NbN薄膜，其热弛豫时间约为～10ps。【K.S.Ilin et al，Appl.Phys.Lett.76(19)，(2000)2752】这意味着器件理论计数率可以达到100GHz左右。实际器件为了获得和单模光纤有效光耦合，器件结构通常为纳米曲折线结构。典型线宽为100nm，面积约10μm×10μm，占空比为50％，因此纳米线总长度约为0.5毫米。较长的纳米线引入了一定的动态电感，这使得实际SNOD的光脉冲响应的电脉冲半高宽增加到几个纳秒。对于面积更大的SNOD，其电脉冲宽度则会达到几十个纳秒。响应脉冲宽度的增加使得器件的计数率明显低于其理论最大值。典型SNOD(线宽为100nm；面积约10μm×10μm；占空比为50％)的计数率标称值为＞70MHz。【http://www.scontel.net/Scontel_Eng/Production/sspd.html】。而增加线宽或者减小纳米线长度等减小动态电感的手段则会导致器件探测效率的降低，因此并不可取。目前有一些报告采用并联纳米线的结构可以有效的减小动态电感，但是这种方法则增加了器件制备工艺的复杂度【M.Ejrnaeset al，Appl.Phys.Lett.91，(2007)262509】。

本发明则考虑利用外加缓冲网络(Snubber Network)的处理方法，对响应原始脉冲直接处理，并不改变器件的结构本身。或者说是通过后处理的方式来减小响应脉冲的下降沿时间，使得下降沿与上升沿接近一致。通过这种方法使得响应电脉冲的宽度大大减小，从而便于计数器计数，提高计数率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用缓冲网络调整超导纳米线光探测器响应波形的方法。具体地说，本发明是将探测器响应脉冲原始波形分成两路，一路利用阻抗不匹配的反射特性生成一个反射波形叠加到另一路波形上。从而减小该路波形的下降沿时间从而降低脉冲宽度，便于计数器技术，提升计数率。也即本发明提供的利用缓冲网络调整SNOD响应波形的方法特征在于利用同轴线三通接头将原始脉冲信号分为两路，一路接缓冲网络，另外一路接检测仪器，通过调整同轴电缆的长度L和可调电阻的大小R_t调整反射脉冲信号的强度和时延，从而调整最终检测到的脉冲波形；且0≤R_t＜同轴电缆阻抗。

本发明所述缓冲网络由两部分组成：一定长度的同轴电缆和一个端接可调电阻，由于同轴电缆的阻抗通常为50Ω，所以端接可调电阻阻值R_t为0≤R_t＜50欧姆。缓冲网络通过同轴线三通接头与SNOD信号输出端相连。

(1)同轴电缆通常阻抗R₀为50欧姆。同轴电缆的长度根据需要确定。反射脉冲的时延由同轴线的长度和材料决定。对于长度为L的同轴线，时延T＝2L/f·c，其中c为真空中光速，f为同轴线的电信号传播速度因子。

(2)端接可调电阻决定了反射脉冲的幅度。当可调电阻R_t为50欧姆时，信号完全被吸收，无反射。因此测量到的脉冲能量仅为原脉冲的一半。其它特性基本不变。当可调电阻小于50欧姆时，则存在着一定的反射，反射系数RC由可调电阻决定：RC＝(R_t-R₀)/(R_t+R₀)。

本发明利用缓冲网络实现响应脉冲和响应的时延反射脉冲形成的叠加脉冲通过调整可调电阻的大小R_t和同轴电缆的长度L，可以调整反射脉冲信号的强度和时延。从而调整最终检测到脉冲的波形。对于典型的SNOD响应脉冲，上升沿很快，下降沿很慢。设定合理的可调电阻大小和同轴线长度，因此可以明显的减小下降沿时间。从而改善检测波形，提高计数率。